Рух заряджених частинок в електричному та магнітному полі

Управління електронами чи іншими зарядженими частинками здійснюється дією на них електричним і магнітним полями.

Сила, що діє з боку магнітного поля на електричний за-ряд q, що рухається зі швидкістю v, називається силою Лоренца:

Fм = q∙v∙B∙sina.

Сила Лоренца є причиною виникнення ефекту Холла. Ефектом Холла називають появу поперечної різниці потенціа-лів, що виникає у провіднику зі струмом, внесеному у магнітне поле, вектор індукції якого перпендикулярний до напрямку струму.

Однорідне електричне поле з напруженістю відхиляє заряджену частинку q, яка влітає в це поле зі швидкістю , а сила електричного поля надає їй прискорення , яке можна визначити, записавши другий закон Ньютона: , , звідки: або ,

де — питомий заряд частинки — її головна характеристика. Траекторія руху частинки — парабола.

Отже зовнішнє електричне поле може прискорити, сповільнити та відхилити рухомий заряд.

14.Електромагнітні коливання та хвилі.Властивості електромагнітних хвиль.

Електромагнітні коливання — це періодичні перетворення енергії електричного поля на енергію магнітного поля і навпаки, які супроводжуються повторюваною зміною параметрів електричного кола (заряду, напруги, сили струму). Електричне коло, в якому можуть відбуватись такі перетворення енергії, називається коливальним контуром.

Електромагнітна хвиля -процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу. Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість, магнітна індукція і швидкість поширення цих хвиль взаємно перпендикулярні

Електромагнітна хвиля поширюється в діелектрику, але ще краще у вакуумі. Наявність прискорення - головна умова випромінювання електромагнітної хвилі.

Електромагнітні хвилі мають такі властивості:

1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно;

2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль;

3) заломлюються;

4) фокусуються;

5) дають явища дифракції і інтерференції;

6) поляризуються.

Радіохвилі використовують у радіозв'язку. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери, фокусування променів яких дозволяє краще обробляти матеріали.

Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій, утворення потрібних генних мутацій та ін.

Рентгенівське проміння отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольтів. Широко використовується в медицині.

γ -випромінювання. Джерелом такого випромінювання є ядерніреакції.

15.Використання низькочастотних генераторів в медицині.

Генераторами називають пристрої, які перетворюють енергію джерела постійної напруги в енергію електромагніт-них коливань різної форми.

Блокінг-генератор — це релаксаційний генератор корот-кочастотних імпульсів напруги форми, близької до прямокут-ної з можливістю регулювання частоти та тривалості в широ-ких межах. Його основа — однокаскадний підсилювач з трансформаторним зворотнім зв’язком. Особливість — висока скважність генерації короткочастотних (до декількох наносекунд) імпульсів.

Дефібрилятор — генератор потужних високовольтних електричних імпульсів, які використовуються при тяжких порушеннях серця. Дефібрилятор складається з накопичувача енергії (конденсатора), пристрою заряду конденсатора та розрядного ланцюжка.

Мультивібра́тор — релаксаційний генератор електричних коливань прямокутного типу.Мультивибратор може працювати в автоколивальному режимі(працює як генератор з самозбудженням), режимі синхронізації і режимі очікування(працює як генератор із зовнішнім збудженням).

 

19. Структурна схема знімання, передачі та реєстрації медико-біологічної інформації
Для того щоб отримати і зафіксувати інформацію про стан і параметри медико-біологічної системи, необхідно мати цілу сукупність пристроїв.
Первинний елемент цієї сукупності - чутливий елемент засоби вимірювань, званий пристроєм знімання, - неодмінно контактує або взаємодіє з самою системою, інші елементи знаходяться зазвичай відокремлено від медико-біологічної системи, в деяких випадках частини вимірювальної системи можуть бути навіть віднесені на значні відстані від об'єкта вимірювань.
Структурна схема вимірювальної ланцюга зображена на рис.. Ця схема є загальною і відображає всілякі реальні системи, що використовуються у медицині для діагностики і дослідження. У пристроях медичної електроніки чутливий елемент або прямо видає електричний сигнал, або змінює такий сигнал під впливом біологічної системи. Таким чином, пристрій знімання перетворює інформацію медико-біологічного і фізіологічного вмісту в сигнал електронного пристрою. У медичній електроніці використовуються два види пристроїв знімання: електроди та датчики.
Завершальним елементом вимірювального ланцюга в медичній електроніці є засіб вимірювань, яке відображає або реєструє інформацію про біологічну систему у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем.
У багатьох випадках між пристроєм знімання і засобом вимірювань є елементи, що підсилюють початковий сигнал і передають його на відстань.
У структурній схемі ^ X означає деякий вимірюваний параметр біологічної системи, наприклад тиск крові. Буквою Y позначена вихідна величина, наприклад сила струму (мА) на вимірювальному приладі або зсув пісчіка (мм) на папері реєструючого приладу. Для отримання кількісної інформації про біологічній системі повинна бути відома залежність Y = f (X).

 

20. Електроди для знімання біоелектричного сигналу
Електроди для знімання біоелектричного сигналу - це провідники спеціальної форми, що з'єднують вимірювальну ланцюг з біологічною системою.
При діагностиці електроди використовуються не тільки для знімання електричного сигналу, але і для підбиття зовнішнього електромагнітного впливу, наприклад в реографії. У медицині електроди використовуються також для надання електромагнітного впливу з метою лікування і при електростимуляції.
До електродів пред'являються певні вимоги: вони повинні швидко фіксуватися і зніматися, мати високу стабільність електричних параметрів, бути міцними, що не створювати перешкод, не дратувати біологічну тканину і т. п. Важлива фізична проблема, що відноситься до електродів для знімання біоелектричного сигналу, полягає в мінімізації втрат корисної інформації, особливо на перехідному опорі електрод - шкіра. Еквівалентна електрична схема контуру, що включає в себе біологічну систему і електроди. За призначенням електроди для знімання біоелектричного сигналу поділяють на такі групи: 1) для короткочасного застосування в кабінетах функціональної діагностики, наприклад для разового зняття електрокардіограми, 2) для тривалого використання, наприклад при постійному спостереженні за важкохворими в умовах палат інтенсивної терапії; 3) для використання на рухомих обстежуваних, наприклад у спортивній або космічної медицини; 4) для екстреного застосування, наприклад в умовах швидкої допомоги. Ясно, що у всіх випадках проявиться своя специфіка застосування електродів: фізіологічний розчин може висохнути і опір зміниться, якщо спостереження біоелектричних сигналів тривалий, при несвідомому стані пацієнта надійніше використовувати голчасті електроди і т. п.

 

21. Датчики медико-біологічної інформації
Багато медико-біологічні характеристики не можна безпосередньо «зняти» електродами, так як ці характеристики не відображаються біоелектричним сигналом: тиск крові, температура, звуки серця та багато інших. У деяких випадках медико-біологічна інформація пов'язана з електричним сигналом, однак до неї зручніше підійти як до неелектричної величиною (наприклад, пульс). У цих випадках використовують датчики (вимірювальні перетворювачі).
Датчиком називають пристрій, що перетворює вимірювану або контрольовану величину в сигнал, зручний для передачі, подальшого перетворення або реєстрації. Датчик, до якого підведена вимірювана величина, тобто перший в вимірювальної ланцюга, називається первинним.
У рамках медичної електроніки розглядаються тільки такі датчики, які перетворять вимірювану або контрольовану неелектричну величину в електричний сигнал.
Використання електричних сигналів переважно, ніж інших, так як електронні пристрої дозволяють порівняно нескладно посилювати їх, передавати на відстань і реєструвати. Датчики поділяються на генераторні і параметричні.
Генераторні датчики під впливом вимірюваного сигналу безпосередньо генерують напругу або струм. Вкажемо деякі типи цих датчиків та явища, на яких вони засновані: 1) п'єзоелектричні, п'єзоелектричний ефект, 2) термоелектричні, термоелектрика - явище виникнення ЕРС в електричному ланцюзі, що складається з послідовно з'єднаних різнорідних провідників, що мають різну температуру спаїв, 3) індукційні, електромагнітна індукція; 4) фотоелектричні, фотоефект.
Параметричні датчики під впливом вимірюваного сигналу змінюють небудь свій параметр. Вкажемо деякі типи цих датчиків і вимірюваний з їх допомогою параметр: 1) ємнісні, ємність, 2) реостатні, омічний опір; 3) індуктивні, індуктивність або взаємна індуктивність.
Залежно від виду енергії, яка є носієм інформації, розрізняють механічні, акустичні (звукові), температурні, електричні, оптичні й інші датчики.
У деяких випадках датчики називають по вимірюваній величині; так, наприклад, датчик тиску, тензометричний датчик (тен-зодатчік) - для вимірювання переміщення або деформації.